Los científicos de Argonne han identificado una nueva clase de materiales topológicos hechos insertando átomos de metales de transición en la red atómica de un material bidimensional conocido.
En los últimos años, los científicos se han intrigado por un nuevo tipo de material que muestra un tipo de comportamiento inusual y dividido. Estas estructuras, llamadas materiales topológicos, pueden demostrar diferentes propiedades en su superficie que en su volumen. Este comportamiento ha atraído laatención de científicos interesados en nuevos estados de la materia y tecnólogos interesados en posibles aplicaciones electrónicas y espintrónicas.
En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, los científicos han identificado una nueva clase de materiales topológicos fabricados mediante la inserción de átomos de metales de transición en la red atómica del disulfuro de niobio NbS 2 , un material bidimensional bien conocido.Encontraron que CoNb 3 S 6 , un material antiferromagnético, exhibe un efecto Hall anómalo extremadamente grande, un signo del carácter topológico de los materiales.
El efecto Hall ordinario ocurre en todos los conductores eléctricos. El efecto es esencialmente una fuerza que experimenta un electrón cuando se mueve a través de un campo magnético ". En cada metal, los electrones serán empujados perpendicularmente a su dirección de viaje y perpendicular a un aplicadocampo magnético externo, creando un voltaje ", dijo Nirmal Ghimire, profesor asistente de la Universidad George Mason y un becario postdoctoral del director de Argonne que fue el primer autor del estudio." Si el material en sí mismo es un ferromagnet, una contribución adicional se superpone ael voltaje Hall ordinario; esto se conoce como el efecto Hall anómalo AHE "
En el estudio, Ghimire y sus colegas observaron CoNb 3 S 6 y encontró algo inesperado: un gran AHE en campos magnéticos modestos. "Un AHE también se puede encontrar en materiales donde la estructura electrónica tiene características especiales conocidas como características topológicas", dijo Ghimire. "La configuración de los átomos en la red crea simetríasen el material que conduce a la creación de bandas topológicas: regiones energéticas en las que habitan los electrones. Son estas bandas, en ciertas configuraciones, las que pueden conducir a un AHE excepcionalmente grande ".
Basado en cálculos y mediciones, Ghimire y sus colegas sugieren que CoNb 3 S 6 contiene estas bandas topológicas.
"Las características topológicas surgen de una combinación de la simetría del material, así como la concentración correcta de electrones para poner estas características topológicas en el nivel de Fermi, que es el estado de energía electrónica más alto disponible a temperatura cero", señaló John Mitchell, director interino de la división de Ciencia de Materiales de Argonne y coautor del estudio.
"Hasta ahora solo se ha demostrado que un puñado de materiales tiene los puntos topológicos característicos necesarios cerca del nivel de Fermi", dijo Mitchell. "Para encontrar más se requiere comprender tanto la física como la química de los materiales en juego".
El descubrimiento podría allanar el camino para futuros avances en una amplia clase de materiales, según Mitchell. "Ahora tenemos una regla de diseño para hacer materiales que demuestren estas propiedades", dijo. "CoNb 3 S 6 es miembro de una gran clase de materiales bidimensionales en capas, por lo que esto podría abrir la puerta a un gran espacio de nueva materia topológica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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